Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Сохранение вечной мерзлоты

В настоящее время, по-видимому самый крупный контракт на тепловые трубы заключен компанией Alyeska Pipeline Service (APS) c Me Donnel Douglas Corporation (MDDC), которая должна поставить около 100 000 тепловых труб для Трансаляскинского нефтепровода. Приблизительная стоимость контракта 13 млн. долл.

Назначение этих тепловых труб — предотвратить оттаивание вечной мерзлоты вокруг опор поднятых над уровнем земли участков трубопровода. Диаметр использованных тепловых труб 5 и 7,5 см, а длина варьируется от 9 до 18 м.

При закладе фундаментов в районах вечной мерзлоты возникает ряд инженерных проблем. Подъем замерзших участков земли может вызвать относительное перемещение по вертикали свай, что приведет к серьезным разрушениям конструкций. С другой стороны, если фундамент находится в мягком грунте, лежащем поверх слоя вечной мерзлоты, конструкция может опуститься вниз.

Если при работе трубопровода тепловое равновесие нарушится, то может произойти оттаивание вечной мерзлоты, при этом активный слой (глубина ежегодного оттаивания) с каждым летом будет увеличиваться, пока не будет достигнуто новое тепловое равновесие. Этот процесс, безусловно, скажется на прочностных свойствах грунта и целостности любого основания. Для сохранения состояния вечной мерзлоты вокруг фундаментов уже использовались такие способы, как изоляция и вентиляция конструкций, замораживание. Также исследовалась различными лабораториями [7-20, 7-21] возможность использования тепловых труб и термосифонов.

В разработанной корпорацией MDDC системе [7-20] в качестве рабочей жидкости используется аммиак. Теплота из грунта передается наверх к радиатору, размещенному над уровнем земли. Были испытаны различные типы «криоанкеров», два из них показаны на 7-14. Поскольку тепловая труба очень длинная и работает в вертикальном положении, единственным путем передачи теплоты из атмосферы в почву будет теплопроводность по твердой стенке.

Результаты показали, что после установки криоанкеров осенью происходит быстрое охлаждение мягкого грунта, а весной в связи с повышением температуры воздуха охлаждение грунта криоанкерами прекращается. Температура грунта очень быстро нарастала, так как от соседних менее холодных участков вечной мерзлоты притекала теплота, при этом устанавливались большие радиальные градиенты температуры. В летние месяцы по мере того, как эти градиенты снижались, рост температуры замедлялся.

В конце сезона оттаивания грунта температура вечной мерзлоты оставалась почти на 0,5°С ниже обычных значений. Этот способ охлаждения грунта позволяет на 10— 12 м уменьшить длину снай, необходимых для поддержки конструкций трубопровода.